Efficient and selective electrochemical reduction of nitrate to N2 by relay catalytic effects of Fe-Ni bimetallic sites on MOF-derived structure

电催化剂 双金属片 催化作用 化学 无机化学 电化学 X射线吸收光谱法 吸附 硝酸盐 氧化还原 化学工程 吸收光谱法 材料科学 电极 物理化学 有机化学 工程类 物理 量子力学
作者
Jie Sun,Weiqi Gao,Honghan Fei,Guohua Zhao
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier BV]
卷期号:301: 120829-120829 被引量:132
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2021.120829
摘要

Selective electrocatalytic conversion of NO3– to N2 is an environmental-friendly strategy to close the anthropogenic nitrogen-based cycle. This work reported a metal-organic framework-derived electrocatalyst with earth-abundant bimetallic sites, showing quantitative (~97.9% conversion) and selective (~99.3%) nitrate-to-N2 transformation. More importantly, both post-catalysis concentrations of NO3– and NO2– meet the drinking water limit requirements, set by World Health Organization. The reaction intermediates and mechanistic pathways in electrocatalytic reduction of NO3– to N2 are elucidated by a variety of in-situ experimental studies and DFT calculations. The enhanced and selective electrocatalytic performances are ascribed to the relay catalytic effects of the neighboring Fe-Ni catalytic sites residing in the porous carbon electrocatalysts, which are structurally determined by X-ray absorption spectroscopy (XAS) as well as calculated structural model, with Fe sites decreasing the reaction barrier for NO3– conversion and Ni centers facilitating the adsorption and activation of reaction intermediates (NO2–, NO* and N2O*).
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